Sredi 20. stoletja je človeštvo navdušilo vesolje. Izstrelitev prvega satelita, Gagarinov let, sprehod v vesolje, pristanek na Luni - zdelo se je nekoliko več - in odleteli bomo do zvezd, še posebej, ker so obstajali ambiciozni projekti medplanetarnih vesoljskih plovil. In kot baze na Luni, leti na Mars - to je bilo nekaj samoumevnega.
Toda prioritete so se spremenile. Tehnologije prejšnjega stoletja, čeprav so omogočile izvajanje vsega naštetega, so bile izredno drage. Širitev v vesolje, ki temelji na tehnologijah prejšnjega stoletja, bi zahtevala preusmeritev vseh gospodarstev vodilnih držav sveta za reševanje tega problema.
Intenzivno raziskovanje vesolja zahteva rešitev dveh osnovnih nalog: prva je zagotoviti možnost izstrelitve velikega zajetnega tovora v orbito, druga pa znižati stroške izstrelitve v orbito na kilogram tovora (PN).
Če se je človeštvo s prvo nalogo soočilo relativno dobro, potem z drugo - vse se je izkazalo za veliko bolj zapleteno.
Dolga pot v vesolje (in zelo draga)
Lansirne rakete (LV) so bile od vsega začetka za enkratno uporabo. Tehnologija 20. stoletja ni dovoljevala izdelave lansirnega vozila za večkratno uporabo. Zdi se neverjetno, ko na stotine milijonov ali milijard rubljev / dolarjev izgori v ozračju ali trči na površje.
Predstavljajmo si, da bi bile ladje zgrajene le za en izhod v morje, nato pa bi jih takoj sežgali. Ali bi v tem primeru prišlo obdobje velikih geografskih odkritij? Bi bila severnoameriška celina kolonizirana?
Malo verjetno. Najverjetneje bi človeštvo živelo kot osamljena civilizacijska središča.
Možnost izstrelitve velikih in super težkih tovorov v nizko referenčno orbito (LEO) je bila uresničena v ameriški pošastni super težki raketi Saturn-5. Prav ta raketa, ki je lahko prenesla 141 ton PN v LEO, je Združenim državam omogočila, da so takrat postale vodilne v vesoljski tekmi in na Luno pripeljale ameriške astronavte.
Sovjetska zveza je izgubila tekmo za luno, ker ni mogla ustvariti super težke lansirne naprave, primerljive s Saturnom-5.
In ZSSR zaradi pomanjkanja zmogljivih raketnih motorjev ni mogla ustvariti super težke lansirne naprave. Zaradi tega je bilo na prvi stopnji sovjetske super težke petstopenjske LV N-1 nameščenih 30 motorjev NK-33. Glede na odsotnost takratne možnosti računalniške diagnostike in sinhronizacije delovanja motorja ter na dejstvo, da so zaradi pomanjkanja časa in finančnih sredstev bili izvedeni zemeljski dinamični in požarni preskusi celotnega NN ali prve stopnje niso bili izvedeni, so se vsi preskusi lansiranja LV N-1 na stopnji prve stopnje končali z neuspehom.
Poskus radikalnega znižanja stroškov izstrelitve vesoljskega plovila v orbito je bil ameriški program Space Shuttle.
V transportnem vesoljskem plovilu Space Shuttle (MTKK) sta bili dve od treh komponent vrnjeni - ojačevalci na trda goriva s padalom, ki so padli v ocean in jih po preverjanju in polnjenju z gorivom lahko ponovno uporabili, vesoljsko letalo pa je pristalo na vzletno -pristajalni stezi po shemi letala. V ozračju je zgorel le rezervoar za tekoči vodik in kisik, gorivo iz katerega so uporabljali motorji shuttlea.
Sistem Space Shuttle ne moremo uvrstiti med super težka lansirna vozila - največja teža nosilnosti, ki jo je dal na nizko referenčno orbito (LEO), je bila manjša od 30 ton, kar je primerljivo z zmogljivostjo ruske nosilne rakete Proton.
Sovjetska zveza se je odzvala s programom Energy-Buran.
Kljub zunanji podobnosti vesoljskega plovila in sistema Energia-Buran sta imela ključni razliki. Če sta v vesoljskem čolnu izstrelitev v orbito izvedla dva ojačevalca na trda goriva z večkratno uporabo in samo vesoljsko plovilo, potem je bil v sovjetskem projektu Buran pasivna obremenitev nosilne rakete Energia. Raketonosno ladjo Energia lahko upravičeno pripišemo "super težki" - zmogla je spraviti 100 ton v nizko referenčno orbito, le 40 ton manj kot Saturn -5.
Na podlagi nosilne rakete Energia je bilo načrtovano ustvariti lansirno vozilo Vulcan s povečanim številom stranskih blokov na 8 kosov, ki bi lahko LEO preneslo 175-200 ton tovora, kar bi omogočalo izvajanje letov do Lune in Marsa.
Najbolj zanimiv razvoj pa lahko imenujemo projekt "Energy II" - "Hurricane", v katerem naj bi bili vsi elementi za večkratno uporabo, vključno z orbitalnim vesoljskim letalom, osrednjim blokom druge stopnje in stranskimi bloki prve stopnje. Razpad ZSSR ni omogočil uresničitve tega nedvomno zanimivega projekta.
Kljub vsemu epskemu značaju sta bila oba programa okrnjena: eden - zaradi razpada ZSSR, drugi - zaradi visoke stopnje nesreč "šatlov", ki so ubili ducat ameriških astronavtov. Poleg tega program Space Shuttle ni izpolnil pričakovanj v smislu radikalnega znižanja stroškov izstrelitve tovora v orbito.
Po dokončanju programa Energia-Buran človeštvu ni ostalo nobenih super težkih raketnih nosilcev. Rusija za to ni imela časa, ZDA pa so znatno izgubile svoje vesoljske ambicije. Za rešitev trenutnih perečih nalog so bile lansirne naprave, ki so bile na voljo obema državama, povsem dovolj (razen začasno pomanjkanja sposobnosti ZDA, da bi samostojno izstrelile astronavte v orbito).
Ameriška vesoljska agencija NASA je postopoma izvajala zasnovo super težkega nosilca za reševanje ambicioznih nalog: na primer polet na Mars ali gradnjo baze na Luni. V okviru programa Constellation je bila razvita super težka lansirna naprava Ares V. Predvidevalo se je, da bo "Ares-5" lahko pripeljal 188 ton tovora v LEO in na Luno dostavil 71 ton PN.
Leta 2010 je bil program Constellation zaprt. Razvoj "Ares-5" je bil uporabljen v novem programu za ustvarjanje super težkega LV-SLS (Space Launch System). Izredno težka lansirna naprava SLS v osnovni različici bi morala biti sposobna dostaviti 95 ton nosilnosti LEO, v različici s povečano nosilnostjo pa do 130 ton nosilnosti. Zasnova SLS LV uporablja motorje in ojačevalnike na trda goriva, ustvarjena v okviru programa Space Shuttle.
Pravzaprav bo to nekakšna sodobna reinkarnacija "Saturna-5", podobna tako po lastnostih kot po ceni. Kljub temu, da bo program SLS najverjetneje še zaključen, ne bo revolucioniral niti ameriške niti svetovne astronavtike.
To je namerno slepi projekt.
Ista usoda čaka ruski projekt superteške nosilne rakete Yenisei / Don, če bo zgrajena na podlagi "tradicionalnih" rešitev, ki se uporabljajo v vesoljski tehnologiji.
Na splošno so bile razmere v ZDA in Rusiji do neke mere relativno podobne: niti iz NASA niti iz Roskosmosa skoraj ne bi videli prebojnih rešitev v smislu postavitve tovora v orbito. Tudi v drugih državah niso videli nič novega. Vesoljska industrija je postala zelo konzervativna.
Zasebna podjetja so vse spremenila in povsem naravno je, da se je to zgodilo v ZDA, kjer so bili ustvarjeni najbolj udobni pogoji za poslovanje.
Zasebni prostor
Seveda najprej govorimo o podjetju SpaceX Elonu Musku. Takoj, ko ga niso poklicali - goljuf, "uspešen menedžer", "Maska Ostapa Petrikoviča" itd. In tako naprej. Avtor je na enem od virov prebral psevdoznanstveni članek o tem, zakaj raketa Falcon-9 ne bo letela: njeno telo ni enako, pretanko in motorji niso enaki, na splošno obstajajo milijon razlogov, zakaj "ne". Mimogrede, takšne ocene niso izrazili samo neodvisni analitiki, ampak tudi uradniki, vodje ruskih državnih struktur in podjetij.
Muska so obtožili dejstva, da sam ni razvil ničesar (vso oblikovalsko dokumentacijo pa je moral narediti sam, nato pa sam sestaviti lansirno vozilo?) In da je SpaceX prejel veliko informacij in materialov o drugih projektih iz NASA -e (in SpaceX je moral vse narediti od začetka, kot da pred tem v Združenih državah Amerike ne bi obstajali vesoljski programi?).
Tako ali drugače, vendar se je lansirna naprava Falcon-9 zgodila, v vesolje leti z zavidljivo pravilnostjo, izdelane prve stopnje pristanejo z enako pravilnostjo, od katerih je ena že letela 10 (!) Krat. Roskosmos je izgubil večino trga za izstrelitev tovora v orbito, po ustvarjanju SpaceX vesoljskega plovila za večkratno uporabo s posadko Crew Dragon (Dragon V2) in trga za dostavo ameriških astronavtov v orbito.
Toda SpaceX ima tudi raketo Falcon Heavy, ki lahko dostavi več kot 63 ton LEO. Trenutno je najtežja in največja nosilna raketa na svetu. Njegove prve stopnje in stranski ojačevalniki so prav tako za večkratno uporabo.
Še en ameriški milijarder, Jeff Bezos, diha v zadnji del glave SpaceX -a. Seveda so njeni uspehi precej skromnejši, a dosežki so še vedno. Najprej gre za ustvarjanje novega motorja z metanom in kisikom BE-4, ki se bo uporabljal v nosilni raketi New Glenn in v nosilni raketi Vulcan (ki naj bi nadomestila lansirno vozilo Atlas-5). Glede na to, da Atlas-5 zdaj leti na ruskih motorjih RD-180, bo Roskosmos po pojavu BE-4 izgubil še en prodajni trg.
V Združenih državah Amerike in v drugih državah obstaja na stotine zagonskih podjetij za ustvarjanje nosilnih nosilcev in drugih tipov letal za izstrelitev tovora v orbito, zagonskih podjetij za ustvarjanje satelitov in vesoljskih plovil za različne namene, industrijske tehnologije za vesolje, orbitalni turizem, in tako naprej in tako naprej.
Kam bo vse to vodilo?
Dejstvo je, da se bo vesoljski trg hitro širil in da bo konkurenca na trgu za postavitev tovora v orbito povzročila znatno znižanje stroškov njegove odstranitve iz izračuna za en kilogram.
Stroški izstrelitve 1 kg koristnega tovora v sistem LEO s sistemom Space Shuttle ali raketo Delta-4 znašajo približno 20.000 USD. Ruska lansirna vozila Proton lahko LEO prenesejo koristne obremenitve za manj kot 3000 USD na kilogram, vendar te rakete delujejo na zelo strupenem asimetričnem dimetilhidrazinu in trenutno niso v proizvodnji. Poceni, razviti v ZSSR, so rusko-ukrajinski Zeniti tudi preteklost.
Izstreljevalna naprava Falcon-9 lahko pod pogojem, da se uporabi prva stopnja vrnitve, prenese nizko obremenitev v nizko referenčno orbito po ceni manj kot 2000 USD na kilogram. Po besedah Elona Muska lahko Falcon-9 potencialno zniža stroške izstrelitve tovora na 500-1100 USD na kilogram.
Lahko bi se vprašali, zakaj je zdaj kupcem dražje prevzeti tovor?
Prvič, stroške ne določajo le stroški lansiranja, ampak tudi tržni pogoji - cene konkurentov. Kateri kapitalist bi se odrekel ekstra dobičku? Donosno je biti nekoliko nižji od konkurentov, postopoma zavzeti trg, namesto da bi dampinški nič ne zaslužili, še posebej, ker bodo v tako specifični kritični industriji, kot je trg vesoljskih izstrelkov, nadzorne strukture v vsakem primeru podpirale več dobaviteljev, tudi če cene nekajkrat višje od konkurentov.
Domnevamo lahko, da bo znižanje cen SpaceX -a povzročeno le s pojavom konkurentov v nasprotju z Blue Originom z raketoplanom New Glenn ali drugimi podjetji in državami, ki bodo ustvarila sredstva za izstrelitev tovora z nizkimi stroški izstrelitve.
Večina zagonskih podjetij in obetavnih projektov pa je povezanih z izstrelitvijo v orbito tovora, ki tehta na stotine, največ tisoč kilogramov. To ne bo revolucioniralo vesolja - za izgradnjo nečesa velikega bodo potrebne težke in super težke nosilne rakete za večkratno uporabo z nizkimi stroški izstrelitve tovora v orbito. In tukaj je, kot smo že videli zgoraj, vse žalostno.
Vse razen najpomembnejšega projekta SpaceX, vesoljskega plovila Starship za večkratno uporabo s prvo stopnjo Super Heavy za večkratno uporabo
Super težka za večkratno uporabo
Razlika med Starship (v nadaljnjem besedilu Starship kot kombinacija Starship + Super Heavy) od vseh drugih raketnih nosilcev je v tem, da sta obe stopnji za večkratno uporabo. Hkrati bi morala biti nosilnost zvezdne ladje na nizki referenčni orbiti 100 ton, to je polnopravna super težka raketa. Za Starship je SpaceX razvil nove, edinstvene motorje Raptor z metanom in kisikom z zaprtim ciklom s polnokomponentno uplinjanjem.
SpaceX namerava vse svoje lansirne nosilce zamenjati z zvezdico, vključno z zelo uspešnim Falconom 9. Izstrelitev super težke rakete je običajno izredno draga - približno milijardo dolarjev. Da bi ohranili nizke stroške izstrelitve, SpaceX načrtuje uporabo obeh stopenj večkrat - 100 izstrelitev vsake in morda več. V tem primeru se bodo stroški znižali za skoraj dva reda velikosti - do deset milijonov dolarjev na izstrelitev. Ob upoštevanju največje obremenitve 100 ton bomo dobili stroške prenosa tovora v LEO na ravni približno 100 (!) Dolarjev na kilogram.
Seveda bodo za vrnjene stopnje potrebno vzdrževanje, zamenjavo motorja po 50 zagonih, dolivanje goriva, zemeljske storitve, vendar bo sam Starship najverjetneje stal manj kot milijardo dolarjev, njegova tehnologija proizvodnje in vzdrževanja pa se bo nenehno izboljševala, saj izkušnje pridobi SpaceX.
Elon Musk pravzaprav navaja, da lahko Starship potencialno doseže stroške izstrelitve tovora približno 10 USD na kilogram s skupnimi stroški izstrelitve 1,5 milijona USD, stroški dostave tovora na Luno pa bodo približno 20-30 USD na kilogram. vendar to zahteva, da se Starship izstreli tedensko.
Kje dobiti take količine?
Tudi vojska preprosto nima take količine tovora, da že obstaja civilni prostor - razvoj trga bo trajal desetletja.
Kolonizacija Marsa?
O tem je težko govoriti resno.
Kolonizacija Lune?
Bližje bo lahko Zvezdna ladja potopila SLS in Američane drugič poslala na Luno. Toda to je na desetine izstrelitev, ne na stotine ali tisoče.
Vendar ima SpaceX poslovni načrt veliko bolj resničen kot pošiljanje kolonistov na Mars - z uporabo Starship za medcelinski prevoz potnikov. Ko letite iz New Yorka v Tokio po Zemljini orbiti, bo čas letenja približno 90 minut. Hkrati SpaceX načrtuje zagotovitev operativne zanesljivosti na ravni sodobnih velikih letalskih prevoznikov, stroške leta pa na ravni stroškov transkontinentalnega leta v poslovnem razredu.
Tovor je mogoče dostaviti na enak način. Na primer, ameriška vojska se je že začela zanimati za to priložnost. Načrtovano je, da bo na enem letu dostavljenih 80 ton tovora, kar je primerljivo z zmogljivostmi transportnega letala C-17 Globemaster III.
Skupaj: prevoz potnikov in tovora, dostava ameriških astronavtov na Luno in po možnosti do oddaljenejših objektov sončnega sistema, umik komercialnih vesoljskih plovil, vesoljski turizem itd. In podobno itd. - SpaceX bi lahko zagotovil znižanje stroškov umika tovora, čeprav bi bil to do ravni 100 USD na kilogram.
V tem primeru bo Starship vnesel novo obdobje v raziskovanju vesolja in širše.
Obeti in posledice
Na zvezdniško ladjo trenutno gledajo z nekaj sumom. Zdi se, da je na papirju vse lepo in izkušnje SpaceXa govorijo zase, vendar je vse nekako preveč rožnato?
Včasih se pojavi občutek, da potencial tega sistema preprosto ne sodi v misli vodstva oboroženih sil ZDA, vodstva NASA, lastnikov in direktorjev podjetij v najrazličnejših panogah. Predolgo je izstrelitev celo majhnega tovora v vesolje pomenila večmilijonske stroške.
Vprašanje je, kaj se zgodi, ko 100 USD na kilogram postane resničnost?
Ko bodo izobraženi ljudje na obrambnem ministrstvu ZDA razumeli, da je metanje običajnega tanka v orbito hitrejše in cenejše kot prevoz z vojaškim transportnim letalom z ameriške celine v Evropo, do kakšnih zaključkov bodo prišli?
Ne, Abramov na Luni ne bomo videli, toda tank ni tarča, je le način, kako izstrelek dostaviti sovražniku. Kaj pa, če je lažje dobiti izstrelek neposredno iz orbite? Kako hitro bodo ZDA odstopile od mirovne pogodbe o vesolju, če bodo v njej (v vesolju) pridobile strateško prednost? Kako hitro se bo ameriška vojska začela seliti v orbito?
Poleg tega bodo celo obstoječe zmogljivosti za postavitev tovora v orbito v obliki Falcon-9 in Falcon Heavy v kombinaciji s tehnologijami za množično izgradnjo satelitov dovolj, da se LEO zatakne z izvidniškimi, ukaznimi in komunikacijskimi sateliti, kar vodi do dejstva, da bodo ZDA 24/365 spremljale površino planeta. Pozabite na velike površinske sile, vojaške skupine, mobilne kopenske raketne sisteme - vse to bodo le cilji za orožje velikega dosega s korekcijo poti leta.
Uspeh Starship bo temu nizu dodal ešalon vesoljskih napadov, kjer bo tarča iz vesolja zadeta v nekaj deset minutah po prejemu zahteve. Noben politični voditelj na svetu se ne more počutiti samozavestno, saj ve, da bi lahko neizogiben tuframov v vsakem trenutku padel iz vesolja.
Po ceni 100 dolarjev za kilogram se bodo v vesolje povzpeli vsi, ki niso preveč leni - farmacevtska podjetja, metalurška, rudarska podjetja. O ekonomiji vesolja bomo kasneje govorili več. Če bo mogoče, s poceni spuščanjem in odstranjevanjem tovora iz orbite bo vesolje postalo novi Klondike. Kaj lahko rečemo o 10 dolarjih za kilogram …
Možno je, da smo prav zdaj priča zgodovinskemu dogodku, ki bi lahko postal prelomnica v razvoju človeštva
Ali se lahko ta proces ustavi?
Morda je zgodba nepredvidljiva. Človeški pohlep, neumnost ali samo nesreča - veriga neuspehov, lahko pokoplje vsaka, najuspešnejša podjetja. Nekaj večjih nesreč Starship s smrtjo več sto ljudi zadostuje in proces raziskovanja vesolja se lahko spet močno upočasni, kot je bilo že v XX stoletju.
V primeru pridobivanja enostranske prednosti v vesolju bodo ZDA začele izvajati veliko bolj agresivno politiko kot zdaj. Če ni možnosti za zagotovitev parnosti v vesolju, se lahko zdrsnemo na raven Severne Koreje, sedimo na "jedrskem kovčku" in grozimo, da bomo v vsakem primeru spodkopali sebe, sosede in vse ostale (kar je očitno iz čudnih razlogov se nekaterim celo nagovarja).
V zvezi s tem je treba večjo pozornost nameniti vesoljski industriji, katere stanje trenutno ne povzroča optimizma.
Vzemimo za primer projekt super težke rakete "Yenisei" / "Don" - dovolj je pogledati vse medsebojno izključujoče izjave različnih voditeljev in oddelkov o tem projektu in postane jasno, da nihče, načeloma ve, zakaj nastaja in kaj naj bi sčasoma postalo. Če je to naslednja "Angara", potem lahko projekt zdaj zapremo - za to nima smisla porabiti denarja ljudi.
Hkrati Kitajska ne sedi križem rok.
Poleg razvoja tradicionalnih izstrelitvenih nosilcev aktivno preučujejo in sprejemajo ameriške izkušnje, ne oklevajo pri neposrednem kopiranju. V zvezi z nacionalno varnostjo je vse pošteno.
Na državni dan vesolja je kitajski inštitut za raketne raziskave spregovoril o projektu suborbitalnega raketnega sistema, ki bi potnike z ene točke planeta na drugo dostavil v manj kot eni uri.
Lahko rečemo, da so to zaenkrat le risbe, vendar je Kitajska v zadnjem času večkrat dokazala svojo sposobnost, da ujame vodilne v različnih vejah znanosti in industrije.
Čas je tudi, da Rusija odpravi zmedo in nihanje v vesoljski industriji, jasno oblikuje cilje in na kakršen koli način zagotovi njihovo izvajanje.
Če se lahko Kitajska in Rusija v vesolju na novi tehnološki ravni kosata z Združenimi državami, bodo nizke orbite šele začetek in človeštvo bo res vstopilo v novo obdobje, ki doslej obstaja le na straneh znanstvenofantastičnih romanov.
